DE112016002476T5

DE112016002476T5 - Dichtvorrichtung und drehmaschine

Info

Publication number: DE112016002476T5
Application number: DE112016002476.2T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Kuwamura; Hiroharu Oyama; Yoshinori Tanaka; Hideaki Sugishita
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2018-02-15
Also published as: KR20170140347A; JP6490498B2; WO2016194677A1; US20180163557A1; JP2016223603A; US10954808B2; KR101973313B1; CN107614948B; CN107614948A

Abstract

Eine Dichtvorrichtung zum Vermeiden einer Leckströmung eines Fluids über einen ringförmigen Spalt zwischen einem stationären Element und einem Drehelement einer Drehmaschine, wobei die Dichtvorrichtung aufweist: eine feststehende Rippe, die eine ringförmige Gestalt aufweist und in dem ringförmigen Zwischenraum angeordnet ist, und eine bewegbare Rippe, die eine ringförmige Gestalt aufweist und angrenzend an die feststehende Rippe in einer Axialrichtung im Inneren des ringförmigen Zwischenraums angeordnet ist. Die bewegbare Rippe weist einen größeren thermischen Expansionskoeffizienten auf als die feststehende Rippe und ist an der feststehenden Rippe in einem Befestigungsbereich an einer Fußendseite des bewegbaren Flügels befestigt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Dichtvorrichtung und eine Drehmaschine.
Hintergrund
Eine Dichtvorrichtung zum Vermeiden bzw. Verringern einer Leckströmung eines Fluids über einen ringförmigen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen einem stationären Element und einem Drehelement einer Drehmaschine ist bekannt.
Hinsichtlich eines solchen Typs von Dichtvorrichtung ist es wünschenswert die Größe des Dichtspalts während dem Betrieb der Drehmaschine in Anbetracht einer Reduktion einer Leckströmung zu reduzieren. Demgegenüber erfährt die Drehmaschine während ihrem Anlaufen bzw. Starten, bevor sie den Normalzustand erreicht, zeitweise einen transienten Zustand als einen Zustand, in welchem der Dichtspalt aufgrund einer Vibration der Drehwelle der Drehmaschine oder einer Ausdehnungs- bzw. Expansionsdifferenz zwischen dem Drehelement und dem stationären Element sein Minimum („pinch point”) erreicht. Somit kann, wenn der Dichtspalt im Betrieb der Drehmaschine zu klein ist, die Dichtvorrichtung mit dem Drehelement oder dem stationären Element an dem „pinch point” in Kontakt kommen.
In Anbetracht dessen wird eine Dichtvorrichtung vorgeschlagen, die die Größe des Dichtspalts einstellen kann (automatisch einstellende Dichtung).
Beispielsweise offenbart Patentschrift 1 eine automatische Einstelldichtung für Drehmaschinen wie beispielsweise eine Dampfturbine.
Die in Patentschrift 1 beschriebene automatisch einstellende Dichtung umfasst einen feststehenden Dichtring und einen bewegbaren Dichtring, welche über Anstoßflächen, die horizontale flache Flächen umfassen, miteinander in Kontakt kommen können. Der bewegbare Dichtring ist über einen Winkelbereich von 120 Grad entlang der äußeren Umfangsfläche des Rotors über und unter dem Rotor der Drehmaschine angeordnet. Der feststehende Dichtring ist über einen Winkelbereich von 60 Grad entlang der äußeren Umfangsfläche des Rotors an der rechten und an der linken Seite des Rotors angeordnet. Der bewegbare Dichtring ist durch ein elastisches Element in einer Richtung von dem feststehenden Dichtring weg vorbelastet. Während einem Nennbetrieb der Drehmaschine wird der bewegbare Dichtring durch ein Fluid so gegen den feststehenden Dichtring gedrückt, dass sich der Dichtspalt verringert.
Zitationsliste

Patentdokument 1: JP2000-97350A

Zusammenfassung
Zu lösende Probleme
Jedoch hat die in Patentschrift 1 beschriebene automatisch einstellende Dichtung eine aufwendige Vorrichtungsausgestaltung mit einem feststehenden Dichtring, einem bewegbaren Dichtring und einem elastischen Element (Vorbelastungselement) und kann somit nur an begrenzten Orten eingesetzt werden.
In Anbetracht der obigen Aspekte ist es eine Aufgabe von zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Dichtvorrichtung, die den Dichtspalt mit einer einfachen Vorrichtungsausgestaltung einstellen kann, und eine Drehmaschine, die dieselbe aufweist, vorzuschlagen.
Lösung für die Probleme

(1) Eine Dichtvorrichtung zum Vermeiden einer Leckströmung eines Fluids über einen ringförmigen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen einem stationären Element und einem Drehelement einer Drehmaschine gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung umfasst: eine feststehende Rippe, die eine ringförmige Gestalt aufweist und in dem ringförmigen Zwischenraum angeordnet ist, und eine bewegbare Rippe, die eine ringförmige Gestalt aufweist und angrenzend an die feststehende Rippe in einer Axialrichtung im Inneren des ringförmigen Zwischenraums angeordnet ist. Die bewegbare Rippe weist einen größeren thermischen Expansionskoeffizienten auf als die feststehende Rippe und ist an der feststehenden Rippe in einem Befestigungsbereich an einer Fußendseite des bewegbaren Flügels befestigt.
(2) Bei einer Ausführungsform bei der obigen Ausgestaltung (1) ist die bewegbare Rippe an der feststehenden Rippe nur in dem Befestigungsbereich an der Fußendseite der bewegbaren Rippe befestigt.

Bei der obigen Ausgestaltung (1) oder (2) ist die bewegbare Rippe angrenzend an der feststehenden Rippe in der Axialrichtung innerhalb des ringförmigen Spalts zwischen dem stationären Element und dem Drehelement angeordnet und ferner ist der Befestigungsbereich an der Fußendseite der bewegbaren Rippe (nur der Befestigungsbereich bei der Ausgestaltung (2)) an der bewegbaren Rippe befestigt.
Somit breitet bzw. dehnt sich die bewegbare Rippe an der Außenendseite ausgehend von dem Befestigungsbereich an der Fußendseite thermisch aus, wenn die Dichtvorrichtung einem Fluid mit hoher Temperatur ausgesetzt ist, während die Drehmaschine in Betrieb ist. Zu dieser Zeit ist der thermische Ausdehnungsbetrag bzw. Ausdehnungswert der bewegbaren Rippe an seiner Außenendseite größer als der thermische Ausdehnungsbetrag der feststehenden Rippe an ihrer Außenendseite, da die bewegbare Rippe einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als die feststehende Rippe. Somit ist der Zwischenraum H_m zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement der Drehmaschine und dem Außenende der bewegbaren Rippe der Dichtvorrichtung klein verglichen mit dem zu der Zeit, wenn die Drehmaschine gestoppt ist, so dass eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m vermieden werden kann.

(3) Bei einigen Ausführungsformen bei der obigen Ausgestaltung (1) oder (2) umfasst die bewegbare Rippe eine Vielzahl von Segmenten, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, und jedes der Segmente weist den Befestigungsbereich auf, in welchem das Segment an einer Außenendseite des Segments an der feststehenden Rippe befestigt ist.

Mit der obigen Ausgestaltung (3) ist die bewegbare Rippe in der Umfangsrichtung in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt und somit hat jedes der Segmente eine reduzierte Rückhaltekraft gegen thermische Ausdehnungsverformung, wodurch der Zwischenraum H_m unter Nutzung der thermischen Ausdehnung von jedem Element der Drehmaschine weiter reduziert werden kann, wenn die Drehmaschine in Betrieb ist. Dementsprechend kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m effektiv vermieden werden.

(4) Bei einigen Ausführungsformen der obigen Ausgestaltung (3) ist der Befestigungsbereich ein Teilabschnitt eines Umfangsrichtungsbereichs an der Fußendseite des Segments, und jedes der Segmente der bewegbaren Rippe kann sich thermisch in einer Radialrichtung und in der Umfangsrichtung ausgehend von dem Befestigungsbereich ausbreiten.

Mit der obigen Ausgestaltung (4) ist jeder Befestigungsbereich von jedem Segment der bewegbaren Rippe, die an der feststehenden Rippe befestigt ist, ein Teilabschnitt des Umfangsrichtungsbereichs von jedem Segment an seiner Fußendseite und dadurch kann sich jedes Segment thermisch nicht nur in der Radialrichtung, sondern auch in der Umfangsrichtung ausgehend von dem Befestigungsbereich erweitern bzw. ausdehnen. Somit kann, wenn sich die Segmente während einem Anlaufen der Drehmaschine thermisch ausdehnen, ein Rückhalt zwischen aneinander angrenzenden Segmenten abgeschwächt bzw. verringert werden. Somit kann während einem Betrieb der Drehmaschine der Zwischenraum H_m durch thermische Ausdehnung von jedem Segment der bewegbaren Rippe weiter reduziert werden. Dementsprechend kann eine Leckströmung über den Zwischenraum H_m effektiv vermieden werden.

(5) Bei einigen Ausführungsformen bei der obigen Ausgestaltung (4) ist der Befestigungsbereich hinsichtlich der Umfangsrichtung in der Mitte des Umfangsrichtungsbereichs an der Fußendseite des Segments positioniert.

Mit der obigen Ausgestaltung (5) ist der Befestigungsbereich von jedem Segment (an der feststehenden Rippe befestigter Bereich) hinsichtlich der Umfangsrichtung von jedem Segment mittig angeordnet und dadurch werden die Bereiche an beiden Seiten des Befestigungsbereichs von jedem Segment nicht durch die feststehende Rippe zurückgehalten. Somit kann sich während einem Betrieb der Drehmaschine jedes Segment der bewegbaren Rippe noch weiter thermisch ausdehnen und kann den Zwischenraum H_m noch weiter reduzieren. Dementsprechend kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m noch effektiver vermieden werden.

(6) Bei einigen Ausführungsformen bei einer der obigen Ausgestaltungen (3) bis (5) umfasst die Dichtvorrichtung ferner ein Begrenzungselement, das an der feststehenden Rippe an einer Position näher an der Außenendseite der bewegbaren Rippe als der Befestigungsbereich montiert ist, zum Vermeiden einer Trennung von jedem der Segmente der bewegbaren Rippe von der feststehenden Rippe.

Wie oben beschrieben ist die Außenendseite von jedem Segment der bewegbaren Rippe nicht an der feststehenden Rippe befestigt. Somit besteht eine Gefahr, dass ein Fluid in den Zwischenraum zwischen der Außenendseite der bewegbaren Rippe und der Außenendseite der feststehenden Rippe eindringt und bewirkt, dass jedes Segment der bewegbaren Rippe sich von der feststehenden Rippe trennt.
In Anbetracht dessen ist mit der obigen Ausgestaltung (6) das Rückhalteelement an der feststehenden Rippe an einer Position näher an der Außenendseite der bewegbaren Rippe montiert als der Befestigungsbereich und dadurch kann eine Trennung von jedem Segment der bewegbaren Rippe von der feststehenden Rippe vermieden werden.

(7) Bei einigen Ausführungsformen bei der obigen Ausgestaltung (6) umfasst das Begrenzungselement: einen Tragstangenabschnitt, der an der feststehenden Rippe so befestigt ist, dass er sich zwischen zwei benachbarten Segmenten erstreckt, und einen Halteplattenabschnitt, der an einem Außenende des Tragstangenabschnitts angeordnet ist, wobei der Halteplattenabschnitt sich in der Umfangsrichtung von dem Tragstangenabschnitt so erstreckt, dass die Segmente zumindest teilweise zwischen der feststehenden Rippe und dem Halteplattenabschnitt geklemmt sind.

Mit der obigen Ausgestaltung (7) kann durch Verwenden des Rückhaltelements, das den Tragstangenabschnitt, der an der feststehenden Rippe zwischen aneinander angrenzenden Segmenten befestigt ist, und den Halteplattenabschnitt, der an dem Außenende des Tragstangenabschnitts angeordnet ist, aufweist, eine Trennung von jedem Segment von der feststehenden Rippe vermieden werden, ohne die thermische Ausdehnungsverformung von jedem Segment wesentlichen zu beeinflussen.

(8) Bei einigen Ausführungsformen bei einer der obigen Ausgestaltungen (3) bis (7) ist ein Umfangsrichtungsspalt bzw. -zwischenraum zwischen zwei benachbarten Segmenten ausgebildet, zumindest wenn die Drehmaschine gestoppt.

Mit der obigen Ausgestaltung (8) kann ein Rückhalt zwischen aneinander angrenzenden Segmenten weiter abgeschwächt werden. Somit kann während einem Betrieb der Drehmaschine der Zwischenraum H_m durch thermische Ausdehnung von jedem Segment der bewegbaren Rippe weiter reduziert werden. Dementsprechend kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m noch effektiver vermieden werden.

(9) Bei einigen Ausführungsformen bei einer der obigen Ausgestaltungen (3) bis (8) ist die Anzahl der Segmente der bewegbaren Rippe eine gerade Zahl.

Mit der obigen Ausgestaltung (9) ist die Anzahl der Segmente der bewegbaren Rippe eine gerade Zahl und somit kann die Effizienz der Zusammenbauarbeit der Dichtvorrichtung durch Vorsehen von feststehenden Rippen mit einer Halbstruktur verbessert werden. In diesem Fall wird ein Zusammenbau der Dichtvorrichtung durch Herstellen eines Paars von feststehenden Rippen, die jeweils eine Halbkreisform und eine ganzzahlige Anzahl von Segmenten, die daran angebracht sind, aufweisen, und Anbringen des Paars an der Drehmaschine abgeschlossen werden.

(10) Bei einigen Ausführungsformen bei einer der obigen Ausgestaltungen (1) bis (9) ist eine Außenenddicke der bewegbaren Rippe kleiner als eine Außenenddicke der feststehenden Rippe.

Wie oben beschrieben hat die bewegbare Rippe einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die feststehende Rippe und somit kann der Zwischenraum H_m aufgrund der thermischen Ausdehnung der bewegbaren Rippe während dem Anlaufen der Drehmaschine vorübergehend extrem schmal sein. Somit gibt es eine Gefahr des Kontakts zwischen dem Drehelement oder dem stationären Element der Drehmaschine und dem Außenendabschnitt der bewegbaren Rippe.
In Anbetracht dessen ist mit der obigen Ausgestaltung (10) die Außenenddicke der bewegbaren Rippe relativ kleiner als die der feststehenden Rippe und dadurch kann eine Wärmeerzeugung und eine Vibration aufgrund von Kontakt vermieden werden, selbst in einem Fall, in dem das Drehelement oder das stationäre Element der Drehmaschine und der Außenendabschnitt der bewegbaren Rippe miteinander in Kontakt kommen. Darüber hinaus kann mit der Außenenddicke der feststehenden Rippe, die relativ größer ist als die die bewegbare Rippe, eine Deformation bzw. Verformung des Außenendabschnitts der feststehenden Rippe aufgrund der Druckdifferenz des Fluids an beiden Seiten der bewegbaren Rippe und der feststehenden Rippe in der Axialrichtung und unerwartete Verlagerung der bewegbaren Rippe, die eine Deformation der feststehenden Rippe begleitet, vermieden werden.

(11) Bei einigen Ausführungsformen bei einer der obigen Ausgestaltungen (1) bis (10) sind H_m1 ≥ H_f1 und H_m2 < H_f2 erfüllt, wenn H_m1 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der bewegbaren Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine gestoppt ist, wenn H_f1 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der feststehenden Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine gestoppt ist, wenn H_m2 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der bewegbaren Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine im Nennbetrieb ist, und wenn H_f2 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der feststehenden Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine im Nennbetrieb ist.

Mit der obigen Ausgestaltung (11) ist, wenn die Drehmaschine gestoppt ist, der Zwischenraum H_m1, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der bewegbaren Rippe ausgebildet ist, nicht kleiner als der Zwischenraum H_f1, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der feststehenden Rippe ausgebildet ist, so dass kann die Gefahr des Kontakts zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der bewegbaren Rippe an dem „pinch point”, den die Maschine während einem Anlaufen erfährt, reduziert werden kann.
Darüber hinaus ist, während einem Nennbetrieb der Drehmaschine, der Zwischenraum H_m2, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der bewegbaren Rippe ausgebildet ist, kleiner als der Zwischenraum H_f2, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der feststehenden Rippe ausgebildet ist, und somit kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m2 vermieden werden.

(12) Bei einigen Ausführungsformen in einer der obigen Ausgestaltungen (1) bis (11) ist die bewegbare Rippe an einer Hochdruckseite der feststehenden Rippe angeordnet.

Mit der obigen Ausgestaltung (12) wird, wenn die Drehmaschine in Betrieb ist, die bewegbare Rippe durch ein Fluid mit hohem Druck gegen die feststehende Rippe gepresst, so dass eine Trennung der bewegbaren Rippe von der feststehenden Rippe vermieden werden kann.

(13) Bei einigen Ausführungsformen bei der obigen Ausgestaltung (12) umfasst die Dichtvorrichtung ferner einen Dichtring, der mit einer Nut, die an dem stationären Element oder dem Drehelement ausgebildet ist, in Eingriff ist, wobei der Dichtring an einer Außenendseite eine Vielzahl von feststehenden Rippen aufweist, die in der Axialrichtung angeordnet sind. Die bewegbare Rippe ist zumindest an der Hochdruckseite der feststehenden Rippe, die hinsichtlich der Leckströmung an der stromaufwärtigsten Position positioniert ist, angeordnet.

Mit der obigen Ausgestaltung (13) ist für den Dichtring mit einer Vielzahl von Stufen von feststehenden Rippen die bewegbare Rippe an der Hochdruckseite der stromaufwärtigsten feststehenden Rippe montiert, so dass eine Trennung der bewegbaren Rippe von der feststehenden Rippe unter Verwendung des Drucks des Fluids auch bei der Dichtvorrichtung mit einer Vielzahl von Stufen von feststehenden Rippen verwendet werden kann.
Wenn theoretisch die bewegbare Rippe an der Hochdruckseite einer stromabwärtigen feststehenden Rippe in einer Dichtvorrichtung mit einer Vielzahl von feststehenden Rippen zu montieren ist (d. h. wenn die bewegbare Rippe zwischen feststehenden Rippen zu montieren ist, die nebeneinander angeordnet sind) ist es nötig, die Größe der bewegbaren Rippe zu reduzieren. In diesem Fall kann die Länge der bewegbaren Rippe (die Distanz bzw. der Abstand von dem Fußabschnitt bis zu dem Außenendabschnitt der bewegbaren Rippe) unzureichend sein und es kann schwierig sein, einen ausreichenden thermischen Ausdehnungsbetrag der bewegbaren Rippe zu erzielen. Dies kann den Effekt, eine Leckströmung durch Reduzieren des Zwischenraums H_m unter Verwendung der thermischen Ausdehnungsverformung der bewegbaren Rippe während einem Betrieb der Drehmaschine zu vermeiden, begrenzen.

(14) Bei einigen Ausführungsformen bei der obigen Ausgestaltung (12) oder (13) ist ein Spalt bzw. Zwischenraum zwischen einem Außenendabschnitt der bewegbaren Rippe und einem Außenendabschnitt der feststehenden Rippe ausgebildet, wenn die Drehmaschine gestoppt ist.

Mit der obigen Ausgestaltung (14) wird, während einem Betrieb der Drehmaschine, die bewegbare Rippe, die an der Hochdruckseite angeordnet ist, durch ein Fluid gegen eine Hochdruckseitenoberfläche der feststehenden Rippe gepresst, wodurch sich der Außenendabschnitt der bewegbaren Rippe verformt. Dementsprechend kann unter Verwendung der Verformung der bewegbaren Rippe aufgrund der Druckkraft des Fluids zu der feststehenden Rippe, zusätzlich zu der thermischen Ausdehnungsverformung der bewegbaren Rippe, der Zwischenraum H_m mit einer höheren Flexibilität während einem Betrieb der Drehmaschine gesteuert werden. Somit kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m noch geeigneter vermieden werden.

(15) Bei einigen Ausführungsformen bei einer der obigen Ausgestaltungen (1) bis (14) erstrecken sich die feststehende Rippe und die bewegbare Rippe hinsichtlich einer Radialrichtung so schräg, dass die Außenendseite an der Hochdruckseite der Fußendseite angeordnet ist.

Mit der obigen Ausgestaltung (15) kann die Länge der bewegbaren Rippe (Abstand von dem Fußabschnitt zu dem Außenendabschnitt der bewegbaren Rippe) ausreichend sichergestellt werden, wodurch, während einem Betrieb der Drehmaschine, ein verbesserter Effekt des Vermeidens bzw. des Dämpfens einer Leckströmung durch Reduzieren des Zwischenraums H_m unter Verwendung der thermischen Ausdehnungsverformung der bewegbaren Rippe verzeichnet werden kann.

(16) Bei einigen Ausführungsformen bei einer der obigen Ausgestaltungen (1) bis (15) umfasst die Dichtvorrichtung ferner einen Dichtungsring, der mit einer Nut, die an dem stationären Element oder an dem Drehelement ausgebildet ist, in Eingriff ist, wobei der Dichtring an einer Außenendseite zumindest eine feststehende Rippe aufweist. Die bewegbare Rippe erstreckt sich hinsichtlich einer Radialrichtung von einem Fußabschnitt der bewegbaren Rippe, die in einem Axialrichtungsbereich der Nut positioniert ist, zu einem Außenendabschnitt der bewegbaren Rippe, die außerhalb des Axialrichtungsbereichs der Nut positioniert ist, schräg.

Mit der obigen Ausgestaltung (16) ist ein Dichtring vorgesehen, welcher mit der Nut bzw. Kerbe, die an dem stationären Element oder dem Drehelement ausgebildet ist, in Eingriff ist, und die bewegbare Rippe erstreckt sich hinsichtlich der Radialrichtung von innerhalb des Axialrichtungsbereichs der Nut schräg nach außerhalb des Axialrichtungsbereichs. Somit kann die Länge der bewegbaren Rippe (Abstand von dem Fußabschnitt zu dem Außenendabschnitt der bewegbaren Rippe) ausreichend sichergestellt sein, wodurch, während einem Betrieb der Drehmaschine, ein verbesserter Effekt des Vermeidens einer Leckströmung durch Reduktion des Zwischenraums H_m unter Nutzung der thermischen Ausdehnungsverformung der bewegbaren Rippe verzeichnet werden kann.

(17) Bei einigen Ausführungsformen bei der obigen Ausgestaltung (16) ist die bewegbare Rippe so positioniert, dass sich zumindest der Fußabschnitt der bewegbaren Rippe innerhalb der Nut befindet.

Mit der obigen Ausgestaltung (17) ist der Fußabschnitt der bewegbaren Rippe innerhalb der Nut angeordnet, so dass die Länge der bewegbaren Rippe weiter vergrößert werden kann, wodurch, während einem Betrieb der Drehmaschine, ein verbesserter Effekt des Vermeidens einer Leckströmung durch Reduktion des Zwischenraums H_m unter Nutzung der thermischen Ausdehnungsverformung der bewegbaren Rippe verzeichnet werden kann.

(18) Bei einigen Ausführungsformen bei einer der obigen Ausgestaltungen (1) bis (17) sind die feststehende Rippe und die bewegbare Rippe in einem Schnitt entlang der Axialrichtung der Drehmaschine gebogen bzw. gekrümmt.

Mit der obigen Ausgestaltung (18) kann die Länge der bewegbaren Rippe (Abstand von dem Fußabschnitt zu dem Außenendabschnitt der bewegbaren Rippe) ausreichend sichergestellt sein, wodurch, während einem Betrieb der Drehmaschine, ein verbesserter Effekt des Vermeidens einer Leckströmung durch Reduktion des Zwischenraums H_m unter Nutzung der thermischen Ausdehnungsverformung der bewegbaren Rippe verzeichnet werden kann.

(19) Bei einigen Ausführungsformen bei der obigen Ausgestaltung (18) ist in dem Querschnitt in der Axialrichtung eine Tangentenrichtung einer Fläche der feststehenden Rippe, welche an einer Seite ist, die an die bewegbare Rippe angrenzt, eine Beziehung θ_f1 > θ_f2 erfüllt, wenn θ_f1 ein Winkel ist, der zwischen der Tangentenrichtung und einer Radialrichtung an einer Fußendseite der feststehenden Rippe ausgebildet ist, und θ_f2 ein Winkel ist, der zwischen der Tangentenrichtung und der Radialrichtung an einer Außenendseite der feststehenden Rippe ausgebildet ist. Die bewegbare Rippe ist entlang des feststehenden Flügels gebogen bzw. gekrümmt.

Mit der obigen Ausgestaltung (19) ist auch für die bewegbare Rippe, die entlang der feststehenden Rippe gebogen bzw. gekrümmt ist, der Winkel, der zwischen der Radialrichtung und der Tangentenrichtung der bewegbaren Rippe ausgebildet ist, an der Außenendseite kleiner als an der Fußendseite. Mit anderen Worten entspricht die bewegbare Rippe an der Seite des Außenendabschnitts relativ zu dem Fußabschnitt mehr der Radialrichtung. Somit kann das Verhältnis des Betrags der Änderung des Zwischenraums H_m zu dem Betrag der thermischen Ausdehnungsverformung an der Außenendseite der bewegbaren Rippe geändert sein, wodurch, während einem Betrieb der Drehmaschine, ein noch weiter verbesserter Effekt des Vermeidens einer Leckströmung durch Reduktion des Zwischenraums H_m unter Nutzung der thermischen Ausdehnungsverformung der bewegbaren Rippe verzeichnet werden kann.

(20) Eine Dichtvorrichtung zum Vermeiden einer Leckströmung eines Fluids über einen ringförmigen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen einem stationären Element und einem Drehelement einer Drehmaschine, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst: eine feststehende Rippe, die eine ringförmige Gestalt aufweist und in dem ringförmigen Zwischenraum angeordnet ist, und eine bewegbare Rippe, die eine ringförmige Gestalt aufweist und angrenzend an der feststehenden Rippe in einer Axialrichtung innerhalb des ringförmigen Zwischenraums angeordnet ist. Darüber hinaus sind H_m1 ≥ H_f1 und H_m2 < H_f2 erfüllt, wenn H_m1 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der bewegbaren Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine gestoppt ist, H_f1 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der feststehenden Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine gestoppt ist, H_m2 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der bewegbaren Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine im Nennbetrieb ist, und H_f2 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der feststehenden Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine im Nennbetrieb ist.

Mit der obigen Ausgestaltung (20) ist, wenn die Drehmaschine in Betrieb ist, der Zwischenraum H_m1, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der bewegbaren Rippe ausgebildet ist, nicht kleiner als der Zwischenraum H_f1, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der feststehenden Rippe ausgebildet ist, und somit kann die Gefahr eines Kontakts zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der bewegbaren Rippe an dem „pinch point”, den die Drehmaschine während einem Anlaufen erfährt, verringert werden.
Darüber hinaus ist, während einem Nennbetrieb der Drehmaschine, der Zwischenraum H_m2, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der bewegbaren Rippe ausgebildet ist, kleiner als der Zwischenraum H_f2, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der feststehenden Rippe ausgebildet ist, und somit kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m2 vermieden werden.

(21) Eine Drehmaschine gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst: ein stationäres Element, ein Drehelement, das so angeordnet ist, dass es dem stationären Element zugewandt ist, und die Dichtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, die in einem ringförmigen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen dem stationären Element und dem Drehelement angeordnet ist.

Mit der obigen Ausgestaltung (21) umfasst die Drehmaschine 1 die Dichtvorrichtung mit einer der obigen Ausgestaltungen (1) bis (20), und somit ist der Zwischenraum H_m zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und dem Außenende der bewegbaren Rippe der Dichtvorrichtung kleiner, wenn die Drehmaschine in Betrieb ist, als wenn die Drehmaschine gestoppt ist, und somit kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m vermieden und die Effizienz der Drehmaschine verbessert sein.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, während einem Betrieb der Drehmaschine der Zwischenraum H_m zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement der Drehmaschine und dem Außenende der bewegbaren Rippe der Dichtvorrichtung klein, verglichen mit dem zu einer Zeit, wenn die Drehmaschine gestoppt ist, und somit kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m vermieden werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Diagramm einer Drehmaschine (Dampfturbine) einer Turbine gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine Teilschnittansicht einer Dichtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform entlang ihrer Axialrichtung.
3 ist eine perspektivische Ansicht (Teilschnittansicht), die teilweise eine feststehende Rippe und eine bewegbare Rippe in einer Ausführungsform darstellt.
4 ist eine Draufsicht (in der Richtung des Pfeils A aus 2 aus betrachtet), die eine bewegbare Rippe in einer Ausführungsform darstellt.
5A ist eine Schnittansicht, die Außenendbereiche einer feststehenden Rippe und einer bewegbaren Rippe für eine Dichtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zu einer Zeit darstellt, wenn die Drehmaschine gestoppt ist.
5B ist eine Schnittansicht, die Außenendbereiche eine feststehende Rippe und eine bewegbare Rippe für eine Dichtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zu einer Zeit darstellt, wenn die Drehmaschine im Nennbetrieb ist.
6A ist eine Schnittansicht (die dem Schnitt entlang der Linie E-E aus 4 entspricht), die ein Ausgestaltungsbeispiel eines Rückhalteelements und seiner umgebenden Struktur darstellt.
6B ist eine Schnittansicht (die dem Schnitt entlang der Linie F-F aus 6A entspricht), die ein Ausgestaltungsbeispiel eines Rückhalteelements und seiner Umgebungsstruktur darstellt.
7 ist eine Draufsicht, die ein anderes Ausgestaltungsbeispiel eines Segments einer bewegbaren Rippe darstellt.
8A ist eine Schnittansicht, die Außenendbereiche einer feststehenden Rippe und einer bewegbaren Rippe für eine Dichtvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform zu einer Zeit darstellt, wenn die Drehmaschine gestoppt ist.
8B ist eine Schnittansicht, die Außenendbereiche einer feststehenden Rippe und einer bewegbaren Rippe für eine Dichtvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform zu einer Zeit darstellt, wenn die Drehmaschine im Nennbetrieb ist.
9 ist eine Schnittansicht, die Außenendbereiche einer feststehenden Rippe und einer bewegbaren Rippe einer Dichtvorrichtung gemäß einer noch anderen Ausführungsform darstellt.
10A ist ein schematisches Diagramm eines Bereichs, bei welchem eine Dichtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform angewendet ist.
10B ist ein schematisches Diagramm eines Bereichs, bei welchem eine Dichtvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform angewendet ist.
10C ist ein schematisches Diagramm eines Bereichs, bei welchem eine Dichtvorrichtung gemäß einer noch anderen Ausführungsform angewendet ist.
10D ist ein schematisches Diagramm eines Bereichs, bei welchem eine Dichtvorrichtung einer anderen Ausführungsform angewendet ist.
Detaillierte Beschreibung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. So lange nicht anders spezifiziert sollen Dimensionen, Materialien, Formen, relative Positionen und ähnliches von Komponenten, die bei den Ausführungsformen beschrieben sind, nur als illustrativ interpretiert werden und sie sind nicht dazu gedacht, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.
Zuerst wird als ein Beispiel einer Drehmaschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die in 1 dargestellte Dampfturbine beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm einer Drehmaschine (Dampfturbine) 1 gemäß einer Ausführungsform.
Wie in 1 dargestellt umfasst die Dampfturbine 1 gemäß einer Ausführungsform ein stationäres Element 2, das ein Gehäuse 21 und stationäre Leitschaufeln 24 umfasst, ein Drehelement 3, das einen Rotor (Rotorwelle bzw. Drehwelle) 31 und Rotorlaufschaufeln 32 umfasst, und eine Dichtvorrichtung 4, die in einem ringförmigen Spalt bzw. Zwischenraum 5 (siehe 2) zwischen dem stationären Element 2 und dem Drehelement 3 angeordnet ist.
Insbesondere hat das Gehäuse 21 einen Innenraum, der luftdicht abgedichtet ist und es einen Dampfdurchgang 23 bildet, durch welchen Dampf S (Fluid) strömt. In dem dargestellten Beispiel hat das Gehäuse 21 eine hohle Form bzw. Gestalt und umfasst einen zylindrischen Abschnitt 21a, der so angeordnet ist, dass er die Vielzahl von stationären Leitschaufeln 24 und die Vielzahl von Rotorlaufschaufeln 32 umgibt, und eine Vielzahl von ringförmigen Abschnitten 21b, die an einer inneren Wandoberfläche des zylindrischen Abschnitts 21a befestigt sind. Die Vielzahl von ringförmigen Abschnitten 21b sind vorgesehen, um jedem Paar einer stationären Leitschaufel 24 und einer Rotorlaufschaufel 32 zu entsprechen. Ein Dampfeinlass 22 ist an einer Endseite des zylindrischen Abschnitt 21a des Gehäuses 21 angeordnet und ein Dampfauslass 26 ist an der anderen Endseite desselben angeordnet. Ein Einstellventil 22a zum Öffnen und zum Schließen des Dampfdurchgangs 23 ist an dem Dampfeinlass 22 angebracht.
Der Rotor 31 ist so angeordnet, dass er durch das Innere des Gehäuses 21 eingefügt ist und durch Lagerungen 6, 7 so getragen ist, dass er um die Achse O drehbar ist. Der Rotor 31 hat die Rotorlaufschaufeln 32, die innerhalb des Gehäuses 21 an dem äußeren Umfangsabschnitt des Rotors 31 über eine Rotorscheibe 33 befestigt sind. Die Rotorlaufschaufeln 32 sind in einem vorbestimmten Intervall in einer Vielzahl von Stufen in der Axialrichtung des Rotors 31 (in der Richtung der Achse O) angeordnet. Eine Außenendabdeckung 32a, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt, ist an der äußeren Seite (Außenendseite) von jedem der Rotorlaufschaufeln 32 angeordnet. Die Außenendabdeckung 32a ist so angeordnet, dass sie dem ringförmigen Abschnitt 21b des Gehäuses 21 zugewandt ist. Darüber hinaus sind an der Seite des Gehäuses 21 eine Vielzahl von Stufen von stationären Leitschaufel 24 so befestigt, dass sie abwechselnd mit der Vielzahl von Stufen der Rotorlaufschaufeln 32 in der Axialrichtung angeordnet sind. Eine Nabenabdeckung 24a, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt, ist an der inneren Seite bzw. Innenseite (Nabenseite) von jedem der stationären Leitschaufeln 24 angeordnet. Die Nabenabdeckung 24a ist so angeordnet, dass sie der äußeren Umfangsoberfläche des Rotors 31 zugewandt ist.
Darüber hinaus ist innerhalb des Gehäuses 21 der Dampfdurchgang 23 in einem Durchgang ausgebildet, in welchem die Rotorlaufschaufeln 32 und die stationären Leitschaufeln 24 angeordnet sind, und der Dampfdurchgang 23 ist in Verbindung mit dem Dampfeinlass 22 und dem Dampfauslass 26.
Bei der Dampfturbine 1 mit der obigen Ausgestaltung dreht sich der Rotor 31, wenn Dampf dem Dampfdurchgang 23 von dem Dampfeinlass 22 zugeführt wird, wenn der Dampf, der entlang der Axialrichtung in dem Dampfdurchgang 23 strömt, durch die Rotorlaufschaufeln 32 und die stationären Leitschaufeln 24 hindurchtritt, und eine Rotationsenergie, die auf den Rotor 31 einwirkt, wird von dem Wellenende extrahiert, um bei einer Energieerzeugung oder ähnlichem verwendet zu werden.
Als nächstes wird mit Bezug auf 1 bis 4 die Dichtvorrichtung 4 beschrieben. 2 ist eine Teilschnittansicht der Dichtvorrichtung 4 gemäß einer Ausführungsform entlang ihrer Axialrichtung, die einen Bereich E aus 1 in einer vergrößerten Ansicht darstellt. 3 ist eine perspektivische Ansicht (Teilschnittansicht), die teilweise eine feststehende Rippe 40 und eine bewegbare Rippe 60 bei einer Ausführungsform darstellt. 4 ist eine Draufsicht (in der Richtung des Pfeils aus 2 betrachtet), die eine bewegbare Rippe 60 bei einer Ausführungsform darstellt. In 4 zeigt ein Pfeil D die Drehrichtung des Rotors 31 an.
Wie in 1 bis 4 dargestellt ist die Dichtvorrichtung 4 vorgesehen, um eine Leckströmung eines Fluids (Arbeitsfluid) von der Hochdruckseite zu der Niederdruckseite über den ringförmigen Zwischenraum 5 zwischen dem stationären Element 2 und dem Drehelement 3 zu vermeiden.
In den Zeichnungen ist die Dichtvorrichtung 4 als eine beispielhafte Ausgestaltung an dem stationären Element 2 (zum Beispiel an dem Gehäuse 21) montiert. Insbesondere ist die Dichtvorrichtung 4 an der inneren Wandoberfläche des Ringabschnitts 21b des Gehäuses 21 so montiert, dass sie der Außenendabdeckung 32a einer Rotorlaufschaufel 32 zugewandt ist. Es sollte beachtet werden, dass die Dichtvorrichtung 4 wie unten beschrieben an dem Drehelement (zum Beispiel an dem Rotor 31) montiert sein kann.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Dichtvorrichtung 4 eine feststehende Rippe 40 mit einer ringförmigen Gestalt bzw. Form, die in dem ringförmigen Zwischenraum 5 angeordnet ist, und eine bewegbare Rippe 60 mit einer ringförmigen Gestalt und neben der feststehenden Rippe 40 in der Axialrichtung innerhalb des ringförmigen Zwischenraums 5 angeordnet ist.
Die feststehende Rippe 40 ist an dem stationären Element 2 in dem ringförmigen Zwischenraum 5 befestigt. Beispielsweise kann die feststehende Rippe 40 an dem stationären Element 2 (in dem dargestellten Beispiel an dem ringförmigen Abschnitt 21b des Gehäuses 21) beispielsweise durch Schweißen oder Bolzenbefestigung befestigt sein oder kann mit dem stationären Element 2 in Eingriff sein, um daran befestigt zu sein. Darüber hinaus umfasst die feststehende Rippe 40 einen Fußabschnitt 41, der an der radial äußeren Seite (angrenzend an das Gehäuse 21) positioniert ist, und einen Außenendabschnitt 42, der an der radial inneren Seite (angrenzend an den Rotor 31) positioniert ist. Als die gesamte feststehende Rippe 40 bilden der Fußabschnitt 41 und der Außenendabschnitt 42 eine ringförmige Gestalt.
Die bewegbare Rippe 60 hat einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die feststehende Rippe 40. Beispielsweise ist die bewegbare Rippe 60 aus einem Material mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgebildet als das der feststehenden Rippe 40. Darüber hinaus umfasst die bewegbare Rippe 60 einen Fußabschnitt 61, der an der radial äußeren Seite (angrenzend an das Gehäuse 21) positioniert ist, und einen Außenendabschnitt 62, der an der radial inneren Seite (angrenzend an den Rotor 31) positioniert ist. Als die gesamte bewegbare Rippe 60 bilden der Fußabschnitt 61 und der Außenendabschnitt 62 eine ringförmige Gestalt. Die bewegbare Rippe 60 ist an der feststehenden Rippe 40 nur in dem Befestigungsbereich 63 an der Seite des Fußabschnitts 61 befestigt. In dem dargestellten Beispiel ist die bewegbare Rippe 60 an der feststehenden Rippe 60 durch eine Bolze bzw. Schraube 64 befestigt. Die Befestigungsstruktur der bewegbaren Rippe 60 an der feststehenden Rippe 40 wird später beschrieben.
Mit Bezug auf 5A und 5B wird nun die Funktion der bewegbaren Rippe 60 beschrieben.
5A ist eine Schnittansicht, die Außenendbereiche der feststehenden Rippe 40 und der bewegbaren Rippe 60 für die Dichtvorrichtung 4 gemäß einer Ausführungsform zu einer Zeit darstellt, wenn die Drehmaschine 1 gestoppt ist. 5B ist eine Schnittansicht, die Außenendbereiche der feststehenden Rippe 40 und der bewegbaren Rippe 60 für die Dichtvorrichtung 4 gemäß einer Ausführungsform darstellt, wenn die Drehmaschine 1 im Nennbetrieb ist.
Wie in 5A dargestellt sind zu der Zeit, wenn die Drehmaschine 1 gestoppt ist, die feststehende Rippe 40 und die bewegbare Rippe 40 nicht thermisch ausgedehnt und wie beispielsweise in den Zeichnungen dargestellt sind der Außenendabschnitt 42 der feststehenden Rippe 40 und der Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60 in der Radialrichtung im Wesentlichen an derselben Position.
Wie in 5B dargestellt dehnt sich zu der Zeit, wenn die Drehmaschine 1 in Betrieb ist, wenn die Dichtvorrichtung 4 einem Fluid mit hoher Temperatur ausgesetzt ist, die bewegbare Rippe 60 an der Seite des Außenendabschnitts 62 in der Richtung des Pfeils B in den Zeichnungen, ausgehend von dem Befestigungsbereich 63 an der Seite des Fußabschnitts 61 thermisch aus. Zu dieser Zeit ist, da die bewegbare Rippe 60 einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, als die feststehende Rippe 40, der thermische Ausdehnungsbetrag der bewegbaren Rippe 60 an der Seite des Außenendabschnitts 62 größer als der thermische Ausdehnungsbetrag der feststehenden Rippe 40 an der Seite des Außenendabschnitts 42. Somit ist der Zwischenraum H_m zwischen dem Drehelement 3 und dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60 der Dichtvorrichtung 4 klein, verglichen mit dem zu der Zeit, wenn die in 5A dargestellte Drehmaschine 1 gestoppt ist, und somit kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m vermieden werden.
Die obige bewegbare Rippe 60 kann an der Hochdruckseite der feststehenden Rippe 40 wie in 2 dargestellt angeordnet sein. In dem in 2 dargestellten Beispiel ist die bewegbare Rippe 60 so angeordnet, dass sie in Oberflächenkontakt mit einer Hochdruckseitenoberfläche der feststehenden Rippe 40 ist. In 2 strömt das Fluid von links nach rechts und somit ist die linke Seite der Dichtvorrichtung 4 die Hochdruckseite und die rechte Seite derselben ist die Niederdruckseite.
Mit dieser Ausgestaltung wird, wenn die Drehmaschine 1 in Betrieb ist, die bewegbare Rippe 60 durch ein Fluid mit hohem Druck gegen die feststehenden Rippe 40 gepresst, und somit kann eine Trennung der bewegbaren Rippe 60 von der feststehenden Rippe 40 vermieden werden.
Wie in 2, 3, 5A und 5B dargestellt kann sich die obige feststehende Rippe 40 und die bewegbare Rippe 60 hinsichtlich der Radialrichtung so schräg erstrecken, dass der Außenendabschnitt 42 der feststehenden Rippe 40 und der Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60 an der Hochdruckseite des Fußabschnitts 41 der feststehenden Rippe 40 und dem Fußabschnitt 61 der bewegbaren Rippe 60 positioniert sind. In den in 2, 3, 5A und 5B dargestellten Beispielen ist die feststehende Rippe 40 ausgebildet, um eine lineare Form von dem Fußabschnitt 41 zu dem Außenendabschnitt 42 zu haben, und um hinsichtlich der Radialrichtung so geneigt zu sein, dass der Außenendabschnitt 42 der feststehenden Rippe 40 an der Hochdruckseite des Fußabschnitts 41 positioniert ist. Genauso ist die bewegbare Rippe 60 ausgebildet, um eine lineare Form von dem Fußabschnitt 61 zu dem Außenendabschnitt 62 zu haben, und um hinsichtlich der Radialrichtung so geneigt zu sein, dass der Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60 an der Hochdruckseite des Fußabschnitts 61 positioniert ist. In diesem Fall sind die Neigungswinkel der feststehenden Rippe 40 und der bewegbaren Rippe 60 im Wesentlichen dieselben.
Mit dieser Ausgestaltung kann die Länge der bewegbaren Rippe 60 (Abstand von dem Fußabschnitt 61 zu dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60) ausreichend sichergestellt werden, wodurch, während einem Betrieb der Drehmaschine 1, ein verbesserter Effekt des Vermeidens einer Leckströmung durch Reduzieren des Zwischenraums H_m unter Verwendung der thermischen Ausdehnungsverformung der bewegbaren Rippe 60 verzeichnet werden kann.
Darüber hinaus können, obwohl nicht dargestellt, die feststehende Rippe 40 und die bewegbare Flüge 60 sich entlang der Radialrichtung so erstrecken, dass sie sich mit der Achse O des Rotors 31 im rechten Winkel schneiden bzw. kreuzen.
Bei einer Ausführungsform ist wie in 2 und 3 dargestellt eine Nut bzw. ein Keil 25 in dem stationären Element 2, an welchem die feststehende Rippe 40 befestigt ist, ausgebildet.
Die Dichtvorrichtung 4 umfasst ferner einen Dichtring 50, welcher mit der Nut 25 des stationären Elements 2 in Eingriff ist, und welcher zumindest eine feststehende Rippe 40 an der Außenendseite aufweist.
Die bewegbare Rippe 60 erstreckt sich hinsichtlich der Radialrichtung schräg von dem Fußabschnitt 61 der bewegbaren Rippe 60, die in dem Axialrichtungsbereich der Nut 25 angeordnet ist, zu dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60, die außerhalb des Axialrichtungsbereichs der Nut 25 angeordnet ist.
Mit dieser Ausgestaltung kann die Länge der bewegbaren Rippe 60 (Abstand von dem Fußabschnitt 61 zu dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60) ausreichend sichergestellt werden, wodurch, während einem Betrieb der Drehmaschine 1 ein verbesserter Effekt des Vermeidens einer Leckströmung durch eine Reduktion des Zwischenraums H_m unter Verwendung der thermischen Ausdehnungsverformung der bewegbaren Rippe 60 verzeichnet werden kann.
In diesem Fall kann, wie in 2 dargestellt, die bewegbare Rippe so positioniert sein, dass zumindest der Fußabschnitt 61 der bewegbaren Rippe 60 sich innerhalb der Nut 25 befindet.
Mit dieser Ausgestaltung kann, da der Fußabschnitt 61 der bewegbaren Rippe 60 innerhalb der Nut 25 angeordnet ist, die Länge der bewegbaren Rippe 60 (Länge von dem Fußabschnitt 61 zu dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60) noch weiter vergrößert sein.
Darüber hinaus ist, in einem Fall, indem der Dichtring 50 eine Vielzahl von feststehenden Rippen 40A, 40B, 40C aufweist, die in der Axialrichtung an der Außenendseite angeordnet sind, die bewegbare Rippe 60 zumindest an der Hochdruckseite der feststehenden Rippe 40A, die hinsichtlich der Leckströmung am stromaufwärtigsten positioniert ist, angeordnet. In dem in 2 dargestellten Beispiel hat der Dichtring 50 drei feststehende Rippen 40A, 40B, 40C an der Außenendseite des Dichtrings 50 in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite hinsichtlich der Strömung eines Fluids. Von den obigen feststehenden Rippen 40A, 40B, 40C ist die bewegbare Rippe 60 durch den Bolzen 34 an einer Hochdruckseitenoberfläche der feststehenden Rippe 40A befestigt, welche am stromaufwärtigsten hinsichtlich der Strömungsrichtung des Fluids angeordnet ist. Darüber hinaus ist die Anzahl der feststehenden Rippen 40, die für einen Dichtring 50 vorgesehen sind, nicht besonders begrenzt.
Mit dieser Ausgestaltung ist, für den Dichtring 50 mit einer Vielzahl von Stufen von feststehenden Rippen 40A, 40B, 40C, die bewegbare Rippe 60 an der Hochdruckseite der stromaufwärtigsten feststehenden Rippe 40 montiert, und dadurch kann eine Trennung der bewegbaren Rippe 60 von der feststehenden Rippe 40 unter Verwendung des Drucks des Fluids ebenfalls bei der Dichtvorrichtung 4 mit einer Vielzahl von Stufen von feststehenden Rippen 40A, 40B, 40C vermieden werden.
Wenn theoretisch die bewegbare Rippe 60 an der Hochdruckseite der feststehenden Rippe 40C an der stromabwärtigen Seite bei der Dichtvorrichtung 4 mit einer Vielzahl von feststehenden Rippen 40A, 40B, 40C zu befestigen ist (d. h. wenn die bewegbare Rippe 60 zwischen der feststehenden Rippe 40B, 40C, die nebeneinander angeordnet sind, zu montieren ist), ist es nötig die Größe der bewegbaren Rippe 60 zu reduzieren. In diesem Fall kann die Länge der bewegbaren Rippe 60 (Abstand von dem Fußabschnitt 61 zu dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60) unzureichend sein, und es kann schwierig sein einen ausreichenden thermischen Ausdehnungsbetrag der bewegbaren Rippe 60 zu erzielen. Dies kann den Effekt des Vermeidens einer Leckströmung durch Reduktion des Zwischenraums H_m unter Verwendung der thermischen Ausdehnungsverformung der bewegbaren Rippe 60 während einem Betrieb der Drehmaschine 1 begrenzen.
Bei der Dichtvorrichtung 4 mit der obigen Ausgestaltung können die feststehende Rippe 40 und die bewegbare Rippe 60 die folgenden Ausgestaltungen aufweisen.
Wie in 5A dargestellt bezeichnet H_m1 den Zwischenraum, der zwischen dem Drehelement 3 und der bewegbaren Rippe 60 ausgebildet ist, und H_f1 bezeichnet den Zwischenraum, der zwischen dem Drehelement 3 und der feststehenden Rippe 40 ausgebildet ist, zu einer Zeit, wenn die Drehmaschine 1 gestoppt ist. Darüber hinaus bezeichnet, wie in 5B dargestellt, H_m2 den Zwischenraum, der zwischen dem Drehelement 3 und der bewegbaren Rippe 60 ausgebildet ist, und H_f2 betrifft den Zwischenraum, der zwischen dem Drehelement 3 und der feststehenden Rippe 40 ausgebildet ist, zu einer Zeit, wenn die Drehmaschine 1 im Nennbetrieb ist.
In diesem Fall erfüllen die feststehende Rippe 40 und der bewegbare Rippe 60 H_m1 ≥ H_f1 und H_m2 < H_f2.
Allgemein erfährt die Drehmaschine 1 während ihrem Anlaufen bzw. Starten zeitweise als einen transienten Zustand bevor sie den Normalzustand erreicht, einen Zustand, in welchem der Dichtzwischenraum 5 aufgrund der Vibration des Rotors 31 der Drehmaschine 1 oder dem Ausdehnungsunterschied zwischen dem Drehelement 3 und dem stationären Element 2 sein Minimum erreicht („pinch point”). Während einem Nennbetrieb, nachdem der „pinch point” passiert ist, dehnt sich der ringförmige Spalt 5 leicht aus verglichen mit dem Zustand bei dem „pinch point”. Somit kann, wenn der Dichtzwischenraum 5 während einem Betrieb der Drehmaschine 1 zu klein ist, die Dichtvorrichtung 4 (z. B. Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60) mit dem Drehelement 3 an dem „pinch point” in Kontakt kommen.
In Anbetracht dessen ist, mit der obigen Ausgestaltung, wenn die Drehmaschine 1 wie in 5A dargestellt gestoppt ist, der Zwischenraum H_m1, der zwischen dem Drehelement 3 und der bewegbaren Rippe 60 ausgebildet ist, nicht kleiner als der Zwischenraum H_f1, der zwischen dem Drehelement 3 und der feststehenden Rippe 40 ausgebildet ist, und somit kann die Gefahr eines Kontakts zwischen dem Drehelement 3 und der bewegbaren Rippe 60 zu der Zeit des „pinch points”, den die Drehmaschine 1 während einem Start erfährt, reduziert sein.
Darüber hinaus ist, währende einem in 5B dargestellten Nennbetrieb der Drehmaschine 1 der Zwischenraum H_m2, der zwischen dem Drehelement 3 und der bewegbaren Rippe 60 ausgebildet ist, kleiner als der Zwischenraum H_f2, der zwischen dem Drehelement 3 und der feststehenden Rippe 40 ausgebildet ist, und somit kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m2 vermieden werden.
Wie in 2 bis 4 dargestellt umfasst bei einer Ausführungsform die bewegbare Rippe 60 eine Vielzahl von Segmenten 60A bis 60H, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind.
Die Anzahl der Vielzahl von Segmenten 60A bis 60H kann eine gerade Zahl sein. Dementsprechend kann die Effizienz der Zusammenbauarbeit der Dichtvorrichtung 4 durch Vorsehen der feststehenden Rippe 40 mit einer Halbstruktur verbessert sein. In diesem Fall wird ein Zusammenbau der Dichtvorrichtung 4 durch Herstellen eines Paars von feststehenden Rippen 40 mit einer halbkreisförmigen Form bzw. Gestalt und mit einer geraden Anzahl von Segmenten 60A bis 60H, die daran angebracht sind, und Anbringen des Paars an der Drehmaschine 1 abgeschlossen.
Jedes der Segmente 60A bis 60H hat einen Befestigungsbereich 63, um an der feststehenden Rippe 40 an der Seite des Außenendabschnitts 62 befestigt zu werden. In dem dargestellten Beispiel ist die bewegbare Rippe 60 an der feststehenden Rippe 40 durch einen Bolzen bzw. eine Schraube 64 in dem Befestigungsbereich 63 befestigt.
In diesem Fall ist der Befestigungsbereich 63 ein Teil des Umfangsrichtungsbereichs der Segmente 60A bis 60H an der Seite des Fußabschnitts 61 und jedes der Segmente 60A bis 60H der bewegbaren Rippe 60 kann sich thermisch in der Radialrichtung (Richtung des Pfeils B aus 2 bis 4) in der Umfangsrichtung (Richtung des Pfeils C aus 3 und 4) ausgehend von dem Befestigungsbereich 63 ausdehnen.
Ferner kann in diesem Fall der Befestigungsbereich 63 hinsichtlich der Umfangsrichtung in der Mitte in dem Umfangsrichtungsbereich der Segmente 60A bis 60H an der Seite des Fußabschnitts 61 positioniert sein.
Mit der obigen Ausgestaltung ist die bewegbare Rippe 60 in der Umfangsrichtung in eine Vielzahl von Segmente 60A bis 60H unterteilt und somit weist jedes der Segmente 60A bis 60H eine reduzierte Rückhaltekraft gegen thermische Ausdehnungsverformung auf, wodurch der Zwischenraum H_m unter Verwendung der thermischen Ausdehnung von jedem Segment 60A bis 60H reduziert werden kann, wenn die Drehmaschine 1 in Betrieb ist. Dementsprechend kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m effektiv vermieden werden.
Darüber hinaus kann, mit dem Befestigungsbereich 63 von jedem Segment 60A bis 60H der an der feststehenden Rippe 40 befestigten bewegbaren Rippe 60, der ein Teil des Umfangsrichtungsbereichs der Segmente 60A bis 60H an der Seite des Fußabschnitts 61 ist, jedes der Segmente 60A bis 60H sich nicht nur in der Radialrichtung (Richtung des Pfeils B aus 2 bis 4), sondern auch in der Umfangsrichtung (Richtung des Pfeils C aus 3 und 4) ausgehend von dem Befestigungsbereich 63 thermisch ausdehnen. Somit kann, wenn sich die Segmente 60A bis 60H während einem Start der Drehmaschine 1 thermisch ausdehnen, der Rückhalt zwischen aneinander angrenzenden Segmenten 60A bis 60H weiter abgeschwächt werden. Somit kann, während einem Betrieb der Drehmaschine 1 der Zwischenraum H_m unter Verwendung der thermischen Ausdehnung von jedem Segment 60A bis 60H der bewegbaren Rippe 60 weiter reduziert werden. Dementsprechend kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m effektiv vermieden werden.
Darüber hinaus werden, mit dem Befestigungsbereich 63 von jedem Segment 60A bis 60H, der hinsichtlich der Umfangsrichtung in der Mitte von jedem Segment 60A bis 60H angeordnet ist, die Bereiche an beiden Seiten des Befestigungsbereichs in der Umfangsrichtung von jedem Segment 60A bis 60H nicht durch die feststehenden Rippe 40 zurückgehalten. Somit kann sich, während einem Betrieb der Drehmaschine 1, jedes Segment 60A bis 60H der bewegbaren Rippe 60 noch flexibler thermisch ausdehnen, und der Zwischenraum H_m kann noch weiter reduziert sein. Dementsprechend kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m noch zuverlässiger vermieden werden.
Bei einer Ausführungsform ist ferner ein Rückhalteelement 80 zum Vermeiden einer Trennung von jedem Segment der bewegbaren Rippe von der feststehenden Rippe vorgesehen. Das Zurückhalteelement 80 ist an der feststehenden Rippe 40 an einer Position näher an dem Außenendabschnitt 62 als der Befestigungsbereich 63 montiert.
Wie oben beschrieben ist jedes Segment 60A bis 60H der bewegbaren Rippe 60 nicht an der befestigten Rippe 40 an den Außenendabschnitten 62 befestigt. Somit besteht eine Gefahr, dass ein Fluid in den Zwischenraum zwischen dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60 und dem Außenendabschnitt 42 der feststehenden Rippe 40 eindringt und bewirkt, dass jedes Segment 60A bis 60H der bewegbaren Rippe 60 sich von der feststehenden Rippe 40 trennt.
In Anbetracht dessen ist das Rückhalteelement 80 an der feststehenden Rippe 40 an einer Position näher an dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60 montiert als der Befestigungsbereich 63 und dadurch kann eine Trennung von jedem Segment 60A bis 60H der bewegbaren Rippe 60 von der feststehenden Rippe 40 vermieden werden.
Insbesondere umfasst wie in 6A und 6B dargestellt das Zurückhalteelement 80 einen Tragstangenabschnitt 82 und einen Halteplattenabschnitt 81. 6A ist eine Schnittansicht (die dem Schnitt entlang einer Linie E-E aus 4 entspricht), die ein Ausgestaltungsbeispiel eines Zurückhalteelements 80 und seine Umgebungsstruktur darstellt. 6B ist eine Schnittansicht, die dem Schnitt entlang einer Linie F-F aus 6A entspricht), die ein Ausgestaltungsbeispiel eines Rückhalteelements 80 und seine Umfangsstruktur darstellt. In dem folgenden Beispiel werden Bezugszeichen, die in 2 bis 4 dargestellt sind, verwendet, wenn es angebracht ist.
Der Tragstangenabschnitt 82 ist an der feststehenden Rippe 40 so befestigt, dass er sich zwischen zwei aneinander angrenzende Segmente 60A bis 60H (siehe 4) erstreckt. Beispielsweise kann der Tragstangenabschnitt 82 an der feststehenden Rippe 40 durch vorheriges Ausbilden eines Außengewindeabschnitts an einem Bereich des Tragstangenabschnitts 82, um an der feststehenden Rippe 40 befestigt zu werden, vorheriges Ausbilden eines Innengewindeabschnitts an einem Bereich der feststehenden Rippe 40, der diesem entspricht, und Einschrauben des Innengewindeabschnitts und des Außengewindeabschnitts ineinander befestigt sein. Alternativ kann der Tragstangenabschnitt 82 an der feststehenden Rippe 40 durch Schweißen des Tragstangenabschnitts 82 an die feststehende Rippe 40 befestigt sein.
Der Halteplattenabschnitt 81 ist ein plattenartiges Element, das an dem Außenende des Tragstangenabschnitts 82 angeordnet ist, und sich in der Umfangsrichtung von dem Tragstangenabschnitt 82 so erstreckt, dass die Segmente 60A bis 60H zumindest teilweise zwischen der feststehenden Rippe 40 und dem Halteplattenabschnitt 81 eingeklemmt bzw. davon gehalten sind.
Mit dieser Ausgestaltung kann, durch Verwenden des Rückhalteelements 80, das den Tragstangenabschnitt 82 umfasst, der an der feststehenden Rippe 40 zwischen aneinander angrenzenden Segmenten 60A bis 60H befestigt ist, und dem Halteplattenabschnitt 81, der an dem Außenende des Tragstangenabschnitts 82 angeordnet ist, eine Trennung von jedem Segment 60A bis 60H von der feststehenden Rippe 40 vermieden werden, ohne die thermische Ausdehnungsverformung von jedem Segment 60A bis 60H wesentlichen zu beeinflussen.
Zwischen aneinander angrenzenden Segmenten 60A bis 60H kann ein Umfangsrichtungsspalt bzw. -zwischenraum 65 zumindest dann ausgebildet sein, wenn die Drehmaschine 1 gestoppt ist. Der Umfangsrichtungszwischenraum 65 ist durch zwei aneinander angrenzende Segmente 60A bis 60H, die in einem Intervall bzw. Abstand voneinander in der Umfangsrichtung angeordnet sind, ausgebildet, und erstreckt sich in der Radialrichtung. In dem in 4 dargestellten Beispiel hat, wenn die Drehmaschine 1 gestoppt ist, der Umfangsrichtungszwischenraum 65 eine konstante Zwischenraum- bzw. Spaltweite.
Dementsprechend kann, mit dem Umfangsrichtungszwischenraum 65, der zwischen zwei aneinander angrenzenden Segmente 60A bis 60H ausgebildet ist, der Rückhalt zwischen den aneinander angrenzenden Segmenten 60A bis 60H weiter abgeschwächt werden. Somit kann während einem Betrieb der Drehmaschine 1 der Zwischenraum H_m unter Verwendung der thermischen Ausdehnung von jedem Segment 60A bis 60H der bewegbaren Rippe 60 weiter reduziert werden.
7 ist eine Draufsicht, die ein anderes Ausgestaltungsbeispiel von Segmenten 60A bis 60H der bewegbaren Rippe 60 darstellt.
Bei einem anderen Ausgestaltungsbeispiel kann der Umfangsrichtungszwischenraum 65 nicht notwendigerweise eine konstante Weite in der Radialrichtung aufweisen. Mit anderen Worten hat bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel der Umfangsrichtungszwischenraum 65 einen breiten Breitenabschnitt 66 mit einer in der Radialrichtung teilweise größeren Zwischenraumweite als andere Teile. Der breite Breitenabschnitt 66 ist so ausgestaltet, dass der Tragstangenabschnitt 82 des Rückhalteelements 80 durch den breiten Breitenabschnitt 66 einsetzbar ist und der Umfangsrichtungszwischenraum 65 anders als der breite Breitenabschnitt 66 schmaler ist als der Durchmesser des Tragstangenabschnitts 82. Darüber hinaus hat der breite Breitenabschnitt 66 eine konstante Länge in der Radialrichtung und jedes Segment 60A bis 60H ist in der Radialrichtung hinsichtlich des Tragstangenabschnitts 82 über eine Distanz, die der Länge des breiten Breitenabschnitts 66 in der Radialrichtung entspricht, verschiebbar.
Darüber hinaus kann der Umfangsrichtungszwischenraum 65 an der Seite des Außenendabschnitts 62 der bewegbaren Rippe 60 einen kleinen Breitenabschnitt 67 aufweisen, der eine geringere Zwischenraumweite aufweist als der Umfangsrichtungszwischenraum 65 an der Seite des Fußabschnitts 61. Dementsprechend kann, mit der Zwischenraumweite, die an der Seite des Außenendabschnitts 62 der bewegbaren Rippe 60 kleiner ist als an der Seite des Fußabschnitts 61 der bewegbaren Rippe 60, der Zwischenraum zwischen den Segmenten 60A bis 60H an der Seite des Außenabschnitts 82 in einem Zustand, indem die bewegbare Rippe 60 thermisch ausgedehnt ist, weiter verschmälert sein, und verhindert sein, dass ein Fluid von dem Zwischenraum zwischen den Segmenten 60A bis 60H austritt. Darüber hinaus hat jedes Segment 60A bis 60H der bewegbaren Rippe 60 eine größere Länge an der Seite des Fußabschnitts 61 als an der Seite des Außenendabschnitts 62. Somit ist während einem Betreib der Drehmaschine 1 der thermische Ausdehnungsbetrag größer an der Seite des Fußabschnitts 61 als an der Seite des Außenendabschnitts 62. Somit kann an der Seite des Fußabschnitt 61 der bewegbaren Rippe 60 durch Erweitern des Umfangsrichtungszwischenraums 65 an der Seite des Fußabschnitts 61, verglichen mit dem Umfangsrichtungszwischenraum 65 an der Seite des Außenendabschnitts 62, eine thermische Ausdehnung absorbiert werden.
Bei einer Ausführungsform ist wie in 5A und 5B dargestellt die Außenenddicke der bewegbaren Rippe 60 kleiner als die Außenenddicke der feststehenden Rippe 40.
Beispielsweise hat wie in der Zeichnung dargestellt die bewegbare Rippe 60 eine im Wesentlichen konstante Dicke in der Radialrichtung. Demgegenüber hat die feststehende Rippe 40 eine Dicke die sich von dem Fußabschnitt 41 zu dem Außenendabschnitt 42 allmählich reduziert. Ferner ist bei dem Außenendbereich die Dicke der bewegbaren Rippe 60 kleiner als die Dicke der feststehenden Rippe 40.
Alternativ kann sich obwohl nicht dargestellt die Dicke von dem Fußabschnitt 61 zu dem Außenendabschnitt 62 in dem Außenendbereich der bewegbaren Rippe 60 allmählich reduzieren. In diesem Fall ist auch in dem Außenendbereich die Dicke der bewegbaren Rippe 60 kleiner als die Dicke der feststehenden Rippe 40.
Wie oben beschrieben hat die bewegbare Rippe 60 einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die feststehende Rippe 40, und somit kann der Zwischenraum H_m aufgrund der thermischen Ausdehnung der bewegbaren Rippe 60, währen dem Anlaufen der Drehmaschine 1 zweitweise extrem schmal werden. Somit besteht eine Gefahr eines Kontakts zwischen dem Drehelement 3 der Drehmaschine 1 und dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60.
Somit kann, mit der Außenenddicke der bewegbaren Rippe 60, die relativ kleiner ist als die der feststehenden Rippe 40, eine Wärmeerzeugung und eine Vibration aufgrund eines Kontakts vermieden werden, selbst in dem Fall, in dem das Drehelement 3 der Drehmaschine 1 und der Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60 miteinander in Kontakt kommen. Darüber hinaus kann, mit der Außenenddicke der feststehenden Rippe 40, die relativ größer ist als die der bewegbaren Rippe 60, eine Verformung des Außenendabschnitts 42 der feststehenden Rippe 40 aufgrund einer Differenz des Fluids an beiden Seiten der bewegbaren Rippe 60 und der feststehenden Rippe 40 in der Axialrichtung vermieden werden, und eine unerwartete Verlagerung der bewegbaren Rippe 60, die eine Verformung der feststehendes Rippe 40 begleitet, vermieden werden.
Bei einer anderen Ausführungsform ist wie in 8A und 8B dargestellt, wenn die Drehmaschine 1 gestoppt ist, ein Zwischenraum 90 zwischen dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60 und dem Außenendabschnitt 52 der feststehenden Rippe 60 ausgebildet. 8A ist eine Schnittansicht, die Außenendbereiche einer feststehenden Rippe und einer beweglichen Rippe für eine Dichtvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform, zu einer Zeit darstellt, wenn die Drehmaschine gestoppt ist. 8B ist eine Schnittansicht, die Außenendbereiche einer feststehenden Rippe und einer bewegbaren Rippe für eine Dichtvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform, zu einer Zeit darstellt, wenn die Drehmaschine im Nennbetrieb ist.
Wie in 8A dargestellt hat, wenn die Drehmaschine 1 gestoppt ist, die bewegbare Rippe 60 beispielsweise eine im Wesentlichen konstante Dicke von dem Fußabschnitt 61 zu dem Außenendabschnitt 62. Demgegenüber hat die feststehende Rippe 40 zwischen dem Fußabschnitt 41 (siehe 2) und dem Außenendabschnitt 42 zumindest einen Teil, der so gebogen bzw. gekrümmt ist, dass er stromaufwärts (zu der Hochdruckseite) hinsichtlich der Strömungsrichtung des Fluids vorsteht. Alternativ kann die feststehende Rippe 40 an der Seite des Außenendabschnitts 42 eine geneigte sich verjüngende Oberfläche in einer Richtung weg von der bewegbaren Rippe 60 aufweisen. Dementsprechend ist, wenn die Drehmaschine 1 gestoppt ist, ein Zwischenraum 90 zwischen dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60 und dem Außenendabschnitt 42 der feststehenden Rippe 40 ausgebildet.
Wie in 8B dargestellt wird, während einem Nennbetrieb der Drehmaschine 1, die bewegbare Rippe 60, die an der Hochdruckseite angeordnet ist, durch das Fluid gegen eine Hochdruckseitenoberfläche des feststehenden Rippe 40 gepresst (d. h. in der Richtung des Pfeils G aus der Zeichnung gedrückt), und dadurch verformt sich die bewegbare Rippe 60 an der Seite des Außenendabschnitts 62. Dementsprechend kann, durch Nutzung der Verformung der bewegbaren Rippe 60 zu der feststehenden Rippe 40 aufgrund der Druckkraft des Fluids, zusätzlich zu der thermischen Ausdehnungsverformung der bewegbaren Rippe 60, der Zwischenraum H_m während einem Betrieb der Drehmaschine 1 mit einer größeren Flexibilität gesteuert werden. Somit kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m noch geeigneter vermieden werden.
Wie in 8A dargestellt bezeichnet H_m1 den Zwischenraum, der zwischen dem Drehelement 3 und der bewegbaren Rippe 60 ausgebildet ist, und H_f1 bezeichnet den Zwischenraum, der zwischen dem Drehelement 3 und der feststehenden Rippe 40 zu einer Zeit ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine 1 gestoppt ist. Darüber hinaus bezeichnet H_m2 wie in 8B dargestellt den Zwischenraum, der zwischen dem Drehelement 3 und der bewegbaren Rippe 60 ausgebildet ist, und H_f2 bezeichnet den Zwischenraum, der zwischen dem Drehelement 3 und der feststehenden Rippe zu einer Zeit, wenn die Drehmaschine im Nennbetrieb ist, ausgebildet ist.
In diesem Fall kann die feststehende Rippe 40 und die bewegbare Rippe 60 H_m1 ≥ H_f2 und H_m2 < H_f2 erfüllen.
In einer noch weiteren Ausführungsform sind wie in 9 dargestellt die feststehende Rippe 40 und die bewegbare Rippe 60 in dem Axialrichtungsschnitt der Drehmaschine 1 gebogen bzw. gekrümmt.
Mit dieser Ausgestaltung kann die Länge der bewegbaren Rippe 60 (Abstand von dem Fußabschnitt 61 zu dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60) ausreichend sichergestellt sein, wodurch während einem Betrieb der Drehmaschine 1 ein verbesserter Effekt des Vermeidens einer Leckströmung durch Reduzieren des Zwischenraums H_m unter Nutzung der thermischen Ausdehnungsverformung der bewegbaren Rippe 60 verzeichnet werden kann.
In diesem Fall können die feststehende Rippe 40 und die bewegbare Rippe 60 ferner die folgende Ausgestaltung umfassen.
Wenn θ_f1 der Winkel ist, der zwischen der Radialrichtung und der Tangentenrichtung T1 an der Seite des Fußabschnitts 41 der feststehenden Rippe 40 ausgebildet ist, und θ_f2 der Winkel ist, der zwischen der Radialrichtung und der Tangentenrichtung T2 an der Seite des Außenendabschnitts 42 der feststehenden Rippe 40 ausgebildet ist, ist die bewegbare Rippe 60 entlang der feststehenden Rippe 40 so gekrümmt bzw. gebogen, dass die Tangentenrichtungen T in dem Axialschnitt der Oberfläche an der Seite, die an der bewegbaren Rippe 60 angrenzt, der feststehenden Rippe 40 eine Beziehung θ_f1 > θ_f2 erfüllt.
Mit dieser Ausgestaltung ist, ebenfalls für die bewegbaren Rippe 60, die entlang der feststehenden Rippe 40 gebogen bzw. gekrümmt ist, der Winkel θ_f2, der zwischen der Radialrichtung und der Tangentenrichtung T₂ der bewegbaren Rippe 60 an der Seite des Außenendabschnitts 62 kleiner ist als an dem Fußabschnitt 61. Mit anderen Worten entspricht die bewegbare Rippe 60 an der Seite des Außenendabschnitts 62 relativ zu dem Fußabschnitt 61 mehr Radialrichtung. Somit kann das Verhältnis des Änderungsbetrags des Zwischenraums H_m zu dem Betrag der der thermischen Ausdehnungsverformung an dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60 erhöht sein, wodurch während einem Betrieb der Drehmaschine 1 ein noch weiter verbesserter Effekt des Vermeidens einer Leckströmung durch Reduzierung des Zwischenraums H_m unter Nutzung der thermischen Ausdehnungsverformung der bewegbaren Rippe verzeichnet werden kann.
Wie oben beschrieben ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Zwischenraum H_m zwischen dem stationären Element 2 oder dem Drehelement 3 der Drehmaschine 1 und dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60 der Dichtvorrichtung 4 während einem Betrieb der Drehmaschine 1 klein verglichen mit dem zu einer Zeit, wenn die Drehmaschine 1 gestoppt ist, und somit kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m vermieden werden.
Darüber hinaus umfasst die Drehmaschine 1 wie in 1 dargestellt das stationäre Element 2, das Drehelement 3, das so angeordnet ist, dass es dem stationären Element 2 zugewandt ist, und die obige Dichtvorrichtung 4 (siehe 1 bis 9), die in dem ringförmigen Zwischenraum 5 zwischen dem stationären Element 2 und dem Drehelement 3 angeordnet ist und dadurch werden die folgenden Effekte erzielt.
Die Drehmaschine 1 umfasst die Dichtvorrichtung 4 wie in 1 bis 9 dargestellt und somit ist der Zwischenraum H_m zwischen dem Drehelement 3 (oder dem stationären Element 2) und dem Außenendabschnitt 62 der bewegbaren Rippe 60 der Dichtvorrichtung 4 kleiner, wenn die Drehmaschine 1 in Betrieb ist, als wenn die Drehmaschine 1 gestoppt ist, und somit kann eine Leckströmung eines Fluids über den Zwischenraum H_m vermieden und die Effizienz der Drehmaschine 1 verbessert werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben im Detail beschrieben aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt und vielfältige Änderungen und Modifikationen können eingesetzt werden.
Beispielsweise ist bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wie in 1 dargestellt eine Dampfturbine als ein Beispiel der Drehmaschine 1 zum Anwenden der obigen Dichtvorrichtung 4 beschrieben. Jedoch kann die Drehmaschine 1 zum Anwenden der Dichtvorrichtung 4 eine andere Drehmaschine mit dem Problem einer Leckströmung zwischen dem stationären Element 2 und dem Drehelement 3 wie beispielsweise Gasturbinen sein.
Darüber hinaus ist bei der obigen Ausführungsform wie in 1 dargestellt das Gehäuse 21 des stationären Elements 2 als ein Beispiel eines Bereichs, an welchem die Dichtvorrichtung 4 zu montieren ist, beschrieben. Mit anderen Worten ist bei einer Ausführungsform wie in 10A dargestellt die Dichtvorrichtung 4 an der inneren Wandfläche des Gehäuses 21 so montiert, dass sie der Außenendabdeckung 32a einer Rotorlaufschaufel 32 zugewandt ist. Ferner ist die Dichtvorrichtung 4 ausgestaltet, um eine Leckströmung eines Fluids in einem ringförmigen Zwischenraum 5 zwischen der Außenendabdeckung 32a und dem Gehäuse 21 zu vermeiden. Jedoch ist der Ort zum Anwenden der Dichtvorrichtung 4 nicht darauf begrenzt.
Bei einer anderen in 10B dargestellten Ausführungsform ist die Dichtvorrichtung 4 an eine Nabenabdeckung 24a einer stationären Leitschaufel 24 so befestigt, dass sie der äußeren Umfangsoberfläche des Rotors 31 zugewandt ist. Ferner ist die Dichtvorrichtung 4 ausgestaltet, um eine Leckströmung eines Fluids in dem ringförmigen Zwischenraum 5 zwischen dem Rotor 31 und der Nabenabdeckung 24a zu vermeiden.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Dichtvorrichtung 4 wie in 10C und 10D dargestellt an dem Drehelement 3 befestigt sein. In dem in 10C dargestellten Beispiel ist die Dichtvorrichtung 4 an der äußeren Umfangsfläche des Rotors 31 so montiert, dass sie der Nabenabdeckung 24a des stationären Leitschaufel 24 zugewandt ist. Ferner ist die Dichtvorrichtung 4 ausgestaltet, um eine Leckströmung eines Fluids in dem ringförmigen Zwischenraum 5 zwischen dem Rotor 31 und der Nabenabdeckung 24a zu vermeiden. Bei dem in 10D dargestellten Beispiel ist die Dichtvorrichtung 4 an der Außenendabdeckung 32a der Rotorlaufschaufel 32 so befestigt, dass sie der inneren Wandfläche des Gehäuses 21 zugewandt ist. Ferner ist die Dichtvorrichtung ausgestaltet, um eine Leckströmung eines Fluids in dem ringförmigen Zwischenraum 5 zwischen der Außenendabdeckung 32a und dem Gehäuse 21 zu vermeiden.
Beispielsweise soll ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung wie beispielsweise „in einer Richtung”, „entlang einer Richtung”, „parallel”, „orthogonal”, „mittig”, „konzentrisch”, und „koaxial” nicht so ausgelegt werden, dass er die Anordnung nur in einem strickt wörtlichen Sinne beschreibt, sondern soll auch einen Zustand umfassen, wo die Anordnung durch eine Toleranz oder durch einen Winkel oder einen Abstand wodurch dieselben Funktionen erreicht werden können relativ verlagert ist.
Beispielsweise sollte ein Ausdruck eines gleichen Zustands wie beispielsweise „gleich”, „gleich” und „einheitlich” nicht so ausgelegt werden, dass er nur den Zustand, in welchem die Merkmale strikt gleich sind, beschreibt, sondern soll auch einen Zustand umfassen, in welchem es eine Toleranz oder eine Differenz gibt, in der immer noch dieselben Funktionen erreicht werden.
Ferner sollte beispielsweise ein Ausdruck einer Form wie beispielsweise eine rechteckige Form oder eine zylindrische Form nicht so ausgelegt werden, dass er nur die strikt geometrische Form beschreibt, sondern soll auch eine Form umfassen, die Unebenheiten oder abgeflachte Ecken innerhalb dem Bereich umfasst, in welchem dieselben Effekte erzielt werden können. Demgegenüber ist ein Ausdruck wie beispielsweise „umfassen”, „mit”, „aufweisen”, „beinhalten” und „bilden” nicht dazu gedacht sein, andere Komponenten auszuschließen.
Bezugszeichenliste

1: Drehmaschine (Dampfturbine)
2: stationäres Element
3: Drehelement
4: Dichtvorrichtung
5: ringförmiger Zwischenraum bzw. Spalt
21: Gehäuse
24: stationäre Leitschaufel
25: Nut
31: Rotor (Rotorwelle)
32: Rotorlaufschaufel
40, 40A bis 40C: feststehende Rippe
41: Fußabschnitt
42: Außenendabschnitt
50: Dichtring
60: bewegbare Rippe
60A bis 60H: Segment
61: Fußabschnitt
62: Außenendabschnitt
63: Befestigungsbereich
64: Bolzen bzw. Schraube
65: Umfangsrichtungszwischenraum
80: Rückhalteelement
81: Halteplattenabschnitt
82: Tragstangenabschnitt
90: Zwischenraum

Claims

Eine Dichtvorrichtung zum Vermeiden einer Leckströmung eines Fluids über einen ringförmigen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen einem stationären Element und einem Drehelement einer Drehmaschine, wobei die Dichtvorrichtung aufweist: eine feststehende Rippe, die eine ringförmige Gestalt aufweist und in dem ringförmigen Zwischenraum angeordnet ist, und eine bewegbare Rippe, die eine ringförmige Gestalt aufweist und angrenzend an die feststehende Rippe in einer Axialrichtung im Inneren des ringförmigen Zwischenraums angeordnet ist, wobei die bewegbare Rippe einen größeren thermischen Expansionskoeffizienten aufweist als die feststehende Rippe und an der feststehenden Rippe in einem Befestigungsbereich an einer Fußendseite des bewegbaren Flügels befestigt ist.
Die Dichtvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die bewegbare Rippe an der feststehenden Rippe nur in dem Befestigungsbereich an der Fußendseite der bewegbaren Rippe befestigt ist.
Die Dichtvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die bewegbare Rippe eine Vielzahl von Segmenten umfasst, die in einer Umfangsrichtung angeordnet sind, und wobei jedes der Segmente den Befestigungsbereich aufweist, in welchem das Segment an einer Außenendseite des Segments an der feststehenden Rippe befestigt ist.
Die Dichtvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der Befestigungsbereich ein Teilabschnitt eines Umfangsrichtungsbereichs an der Fußendseite des Segments ist, und wobei sich jedes der Segmente der bewegbaren Rippe thermisch in einer Radialrichtung und in der Umfangsrichtung ausgehend von dem Befestigungsbereich ausbreiten kann.
Die Dichtvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei der Befestigungsbereich hinsichtlich der Umfangsrichtung in der Mitte des Umfangsrichtungsbereichs an der Fußendseite des Segments positioniert ist.
Die Dichtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, ferner mit einem Begrenzungselement, das an der feststehenden Rippe an einer Position näher an der Außenendseite der bewegbaren Rippe als der Befestigungsbereich montiert ist, zum Vermeiden einer Trennung von jedem der Segmente der bewegbaren Rippe von der feststehenden Rippe.
Die Dichtvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei das Begrenzungselement aufweist: einen Tragstangenabschnitt, der an der feststehenden Rippe so befestigt ist, dass er sich zwischen zwei benachbarten Segmenten erstreckt, und einen Halteplattenabschnitt, der an einem Außenende des Tragstangenabschnitts angeordnet ist, wobei der Halteplattenabschnitt sich in der Umfangsrichtung von dem Tragstangenabschnitt so erstreckt, dass die Segmente zumindest teilweise zwischen der feststehenden Rippe und dem Halteplattenabschnitt geklemmt sind.
Die Dichtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei ein Umfangsrichtungsspalt bzw. -zwischenraum zwischen zwei benachbarten Segmenten ausgebildet ist, zumindest wenn die Drehmaschine gestoppt ist.
Die Dichtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Anzahl der Segmente der bewegbaren Rippe eine gerade Zahl ist.
Die Dichtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Außenenddicke der bewegbaren Rippe kleiner ist als eine Außenenddicke der feststehenden Rippe.
Die Dichtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei H_m1 ≥ H_f1 und H_m2 < H_f2 erfüllt sind, wenn H_m1 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der bewegbaren Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine gestoppt ist, H_f1 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der feststehenden Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine gestoppt ist, H_m2 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der bewegbaren Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine im Nennbetrieb ist, und H_f2 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der feststehenden Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine im Nennbetrieb ist.
Die Dichtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die bewegbare Rippe an einer Hochdruckseite der feststehenden Rippe angeordnet ist.
Die Dichtvorrichtung gemäß Anspruch 12, ferner mit einer Dichtring, der mit einer Nut, die an dem stationären Element oder dem Drehelement ausgebildet ist, in Eingriff ist, wobei der Dichtring an einer Außenendseite eine Vielzahl von feststehenden Rippen aufweist, die in der Axialrichtung angeordnet sind, wobei die bewegbare Rippe zumindest an der Hochdruckseite der feststehenden Rippe, die hinsichtlich der Leckströmung an der stromaufwärtigsten Position positioniert ist, angeordnet ist.
Die Dichtvorrichtung gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei ein Spalt bzw. Zwischenraum zwischen einem Außenendabschnitt der bewegbaren Rippe und einem Außenendabschnitt der feststehenden Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine gestoppt ist.
Die Dichtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die feststehende Rippe und die bewegbare Rippe sich hinsichtlich einer Radialrichtung so schräg erstrecken, dass die Außenendseite an der Hochdruckseite der Fußendseite angeordnet ist.
Die Dichtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, ferner mit einem Dichtungsring, der mit einer Nut, die an dem stationären Element oder an dem Drehelement ausgebildet ist, in Eingriff ist, wobei der Dichtring an einer Außenendseite zumindest eine feststehende Rippe aufweist, wobei sich die bewegbare Rippe hinsichtlich einer Radialrichtung von einem Fußabschnitt der bewegbaren Rippe, die in einem Axialrichtungsbereich der Nut positioniert ist, zu einem Außenendabschnitt der bewegbaren Rippe, die außerhalb des Axialrichtungsbereichs der Nut positioniert ist, schräg erstreckt.
Die Dichtvorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die bewegbare Rippe so positioniert ist, dass sich zumindest der Fußabschnitt der bewegbaren Rippe innerhalb der Nut befindet.
Die Dichtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die feststehende Rippe und die bewegbare Rippe in einem Schnitt entlang der Axialrichtung der Drehmaschine gebogen bzw. gekrümmt sind.
Die Dichtvorrichtung gemäß Anspruch 18, wobei in dem Querschnitt in der Axialrichtung eine Tangentenrichtung einer Fläche der feststehenden Rippe, welche an einer Seite ist, die an die bewegbare Rippe angrenzt, eine Beziehung θ_f1 > θ_f2 erfüllt ist, wenn θ_f1 ein Winkel ist, der zwischen der Tangentenrichtung und einer Radialrichtung an einer Fußendseite der feststehenden Rippe ausgebildet ist, und θ_f2 ein Winkel ist, der zwischen der Tangentenrichtung und der Radialrichtung an einer Außenendseite der feststehenden Rippe ausgebildet ist, und wobei die bewegbare Rippe entlang des feststehenden Flügels gebogen bzw. gekrümmt ist.
Eine Dichtvorrichtung zum Vermeiden einer Leckströmung eines Fluids über einen ringförmigen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen einem stationären Element und einem Drehelement einer Drehmaschine, wobei die Dichtvorrichtung aufweist: eine feststehende Rippe, die eine ringförmige Gestalt aufweist und in dem ringförmigen Zwischenraum angeordnet ist, und eine bewegbare Rippe, die eine ringförmige Gestalt aufweist und angrenzend an der feststehenden Rippe in einer Axialrichtung innerhalb des ringförmigen Zwischenraums angeordnet ist, wobei H_m1 ≥ H_f1 und H_m2 < H_f2 erfüllt sind, wenn H_m1 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der bewegbaren Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine gestoppt ist, H_f1 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der feststehenden Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine gestoppt ist, H_m2 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der bewegbaren Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine im Nennbetrieb ist, und H_f2 ein Zwischenraum ist, der zwischen dem stationären Element oder dem Drehelement und der feststehenden Rippe ausgebildet ist, wenn die Drehmaschine im Nennbetrieb ist.
Eine Drehmaschine umfassend: ein stationäres Element, ein Drehelement, das so angeordnet ist, dass es dem stationären Element zugewandt ist, und die Dichtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, die in einem ringförmigen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen dem stationären Element und dem Drehelement angeordnet ist.